Skoknimo u budućnost!

Zamislite sledeći scenario: sedite kod kuće za svojim računarom i dok krstarite Internetom zapazite neki interesantan predmet - ručni sat, računarsku komponentu, neki zanimljiv odevni predmet... Za stvarčicu koju ste odabrali skinete program sa Interneta, učitate ga u svoje kućne nanoasemblere i za koji minut ili sat imate identičnu kopiju željenog predmeta. Na ovaj način mogli biste da kopirate i hranu, jer se i ona sastoji od niza atoma (pretežno ugljenikovih) i na taj način dobijete bilo koju vrstu obroka - škampe, biftek, voćnu salatu ili čokoladnu tortu i to željene temperature, mekoće, hrskavosti, kao i određenih nutricionističkih vrednosti.

Programiranje i nanotehnologije

Trenutna istraživanja u oblasti nano-tehnologija uglavnom su povezana sa računarskim simulacijama. Za većinu nanotehnoloških projekata još uvek ne postoje uslovi da se isprobaju u praksi ali zato mogu da se razvijaju i usavršavaju u virtuelnom svetu. Pravljenje simulacija je veoma važan korak u kreiranju nano uređaja. Kako su ovi uređaji atomskih razmera, na njih se ne primenjuju klasične simulacione metode već se njihov rad može mnogo preciznije opisati sa kvantno-mehaničkim jednačinama. Zahvaljujući preciznom izračunavanju međuatomskih sila u mogućnosti smo da simulacijom tačno definišemo ponašanje nekog nanosklopa. Programiranje simulacija međuatomskih delovanja je najjednostavniji i najjeftiniji način da se isproba mogući projekat. U okviru ovih simulacija najvažniju ulogu imaju molekularni proračuni. Na nano nivou gravitacija i inercija su zanemarljivi u odnosu na međuatomske i međumolekularne sile. Zbog toga su neophodni novi inženjerski alati koji mogu da proračunaju pravi položaj atoma u okviru molekula, njegove veze sa ostalim atomima u molekulu, kao i stabilnost celog molekula. Ti alati bi, dalje, trebalo da imaju mogućnost simulacije molekulskih reakcija kao i mogućnost proračuna dejstva spoljnih sila na zadati molekul ili grupu molekula. Sve ovo nije nemoguć zadatak i već postoje programi koji se uspešno snalaze u rešavanju ovakvih problema, ali oni rade sa relativno malim brojem atoma.
Glavni nedostatak postojećih programa za molekularne proračune jeste njihovo ograni-čenje na par stotina hiljada atoma. Kada su u pitanju istraživanja, proračuni sa ovolikim brojem atoma su sasvim zadovoljavajući, ali za inženjerske zahvate projektovanja nekog nano uređaja neophodan je rad sa milionima atoma. Ako bismo želeli da stvorimo neki makro objekat ređajući atom po atom, tada bi količina atoma sa kojom treba da se operiše u nekom programu bila ekstremno velika. Trenutno ne postoji računarsko rešenje za izvršavanje ovako složenih operacija nad tolikim brojem atoma. Primera radi, u telu čoveka koji ima oko 70 kg trebalo bi, po proračunima, da bude oko 7x1027 atoma.

Računarski bazeni

Problem kvantnih proračuna nad velikom količinom atoma za sada se rešava korišćenjem računarskih bazena. Računarski bazen je skup velikog broja snažnih računara koji se nalaze u nekoj mreži. U svakom institutu ili većoj firmi postoji veliki broj računara koji se koriste za jednostavne poslove tipa kucanja pisama ili rad u nezahtevnim programima.
U takvim situacijama procenat iskorišćenosti računara je izuzetno mali tako da oni najčešće rade "u prazno", odnosno, uglavnom su neiskorišćeni. Uz to, kancelarijski računari se obično isključuju posle završetka radnog vremena. Ovi računari mogu da se iskorista za komplikovana molekularna izračunavanja koja su potrebna u nanotehnologiji. Svi računari u institutu ili firmi povežu se preko mreže (obično su i povezani) i na svima se instalira softver koji preuzima deo molekularnih izračunavanja kada procesor tog računara nije angažovan. Na ovaj način se kreira bazen procesora koji preuzimaju deo posla u trenutku kada nisu angažovani na svojim primarnim poslovima. Kada se neki računar trenutno ne koristi za tekuće zadatke onda ga program, koji nadgleda bazen, angažuje za izvršavanje unapred zadatog proračuna.
Na ovaj način se angažuje veliki računarski potencijal pa se mogu izvršiti veći molekularni proračuni. Da bi mogao posao da se podeli na veliki broj rčunara neophodno je da postoji veliki broj ne zavisnih proračuna koji mogu da se proslede pojedinačnim procesorskim jedinicama na obradu.
Ovakvi sistemi zahte-vaju programe specijalno pisane za ovakav distributivan način rada. Od ne specijalizovanih programskih jezika u kojima mogu da se programiraju ovakvi sistemi najpopularniji je Java. Ovakvi bazeni već postoje u mnogim istraživačkim centrima  a NASA svoj bazen koristi, između ostalog, i za molekularne proračune za potrebe nano-tehnologije.
Kako programi za potrebe nanotehnologija još uvek nisu na zadovoljavajućem nivou neop-hodno je da istraživači sami pišu programe za karakteristične potrebe. Takođe je neophodno da se u skladu sa razvojem nanotehnologije razvijaju i računarski programi sposobni da izvršavaju zadatke složenih molekularnih proračuna. Programi bi trebalo da se usavrše do tog nivoa da korisnik može da zada samo oblik i funkciju određenog makro objekta, a da program sam izračuna položaj svakog atoma u tom objektu. Očigledno je da ovo može da se izvrši samo paralelnom obradom signala.

Zato je neophodno da svaki proračun bude podeljen na niti koje mogu nezavisno da se izvršavaju. Kada imamo programe koji su pisani u visoko paralelnom maniru možemo da angažujemo računarske bazene ili multiprocesorske mašine za željeni proračun.

Softver za nanoasemblere

U budućem nanotehnološkom svetu sve će biti softver. Naučnici se trude da naprave nanoasemblere koji su u stanju da kreiraju bilo šta, odnosno sve što vam padne na pamet, atom po atom. Ako je robot u stanju da slaže atome po zadatom programu, onda samo treba da imamo odgovarajuće programe za sve što želimo. Ako malo razmislimo, situacija nije uopšte tako drastično različita od današnje i nemoguća kao što zvuči na prvi pogled. Trenutno za sve što želimo da napra-vimo, bilo da je to pita ili avion, potreban nam je recept ili nacrt, koji je neko nekada smislio i zapisao. Napretkom tehnike olovke i papiri zamenjeni su računarima, ali i dalje su nam potrebni ljudi koji će smišljati recepte, da bi to što pravimo ispalo dobro. Tako dolazimo do činjenice da će programiranje biti najvažniji i najunosniji zanat u takvom budućem svetu.
Scenario bi mogao biti sledeći: sedite kod kuće za svojim računarom i krstarite Interne-tom, zapazite neki interesantan predmet (sat, računarsku komponentu, odevni predmet...), za željenu stvarčicu koju ste odabrali skinete program sa Interneta, učitate ga u svoje kućne nanoasemblere i za koji minut ili sat imate identičnu kopiju tog predmeta. Na ovaj način bilo bi moguće kopirati i hranu, jer se i ona sastoji od niza atoma (pretežno ugljenikovih) i na taj način dobiti bilo koju vrstu obroka (škampe, biftek, voćnu salatu, čokoladnu tortu), tačno željene temperature, mekoće, hrskavosti, kao i nutricionističkih vrednosti. Ako još uvek nije najjasnije: to znači da ceo život možete jesti samo sladoled, jer će postojati mogućnost da se isprogramira da, bez obzira na ono što vidite i osećate kao ukus i miris, bude nutricionistički osmišljeno tako da odgovara baš vama i potrebama vašeg organizma. Bilo bi divno da niko više ne pati od: anemija jer nije unosio neke namirnice, prekomerne težine jer je unosio suviše pogrešnih, ili da dijabetičari čitav život provedu na dijetama i zamenama određenih namirnica.

Trenutno su kućni računari nedovoljno snažni za modelovanje atomskih struktura. Danas se takve simulacije rade na superračunarima ili u računarskim bazenima. Računari su sve brži i brži i možemo očekivati da će kućni računari u bliskoj budućnosti biti dovoljno brzi i za takve proračune. Naravno, radi se i na novim tipovima koji će doneti snagu superračunara na sto običnog potrošača. Tehnologija koja najviše obećava je kvantni računar. Bez obzira na razvoj računarskih tehnologija, isti značaj ima i razvoj i usavršavanje programerskih tehnologija, jer će nam one doneti novo doba koje će po mnogim vizijama biti manje opterećeno današnjim problemima, ali će svakako doneti i neke nove koji ćemo morati da rešavamo i idemo dalje.

Mateja Opačić
                                                                   
                                                                      IZ ARHIVE